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地震作用下斜坡岩体软弱夹层中空隙气体效应的研究

周辀  
【摘要】:本文通过总结前人关于汶川地震大光包滑坡发育特征的研究成果,针对大光包滑坡研究中发现的“空隙效应”展开研究。首先,根据地质原型建立了气岩相互作用的斜坡理论模型,然后,运用振动台物理模拟试验证明了“空隙效应”的存在,并初步得出了该效应的作用模式和变化规律。而后又运用数值模拟试验的方法,进一步印证了空隙气体效应存在的真实性,并更深入的研究了在地震作用下空隙气体在斜坡中的运动过程,以及超静空隙气压与周围岩体的作用机理和对软弱夹层岩体的力学损伤规律。本文主要取得以下研究成果:(1)在地震作用下或振动作用下,斜坡软弱夹层中的超静空隙气压是由于空腔中空隙气体在地震荷载下的动力响应产生的。(2)空腔周边裂缝产生的原因是,软弱夹层中的空隙气体在地震或振动瞬态荷载下产生的超静空隙气压对空腔岩土体的劈裂作用撕裂了软弱夹层的边壁,导致裂缝的扩展乃至贯通。(3)空腔周边的裂缝基本上是沿空腔顶底对角线方向且与边坡倾向基本一致的方向发展的,裂缝随着空隙气压的产生和消散不断的张开、闭合,这种闭合是一种几乎无粘结的闭合,实际上已经形成更多的松动面。(4)当空腔在软弱夹层靠近后缘处时,其中的空隙气体的动力响应比其在软弱夹层靠近坡面处的动力响应强。(5)裂缝尖端岩体是受到空隙气体的压力发生剪切破坏和裂缝扩张时对其产生的拉破坏的复合破模式,并随着空隙气压的产生和消散,反复多次的受力;并且当有空隙气压作用时岩体的抗剪强度降低了Patanφ,通过对物理模拟试验结果计算显示各组试验岩体抗剪强度降低了4.4%至12.8%不等。(6)空隙气压对周围岩体破坏主要是对裂缝尖端岩体的劈裂并导致裂缝不断向岩体内部扩展。(7)裂缝在地震荷载与超静空隙气压共同作用下,其扩展方向具有一定的规律性,当裂缝扩展方向和软弱夹层岩层层面平行时,空隙气压对岩层的力学损伤效果最明显。(8)地震作用下空隙气体在斜坡不同位置的动力响应不尽相同,其中空腔在斜坡模型0.7m高处时空隙气体的动力响应最强烈,0.8m、0.9m高处次之。并且,地震作用下空隙气体在斜坡不同位置所产生的“空隙效应”、各时刻所引起的围岩强度折减以及由此导致的斜坡变形破坏速度也符合上述规律。(9)地震的作用会使斜坡的整体稳定性从天然状态的K=1.15(稳定)降低到K=0.94(不稳定),若斜坡中存在空隙气体,其在地震作用下产生的“空隙效应”会加剧斜坡整体稳定性降低,使其降低到K=0.8。


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